삼화동 무릉계곡, 두타산(1351m)의 북쪽에 위치하고 있다. 삼화사는 인근 천은사, 영은사, 지상사 등과 더불어 영동 남부지역의 중심 사찰로 선종의 종풍을 가진 깊은 역사성을 갖고 있으며 삼공암, 측연대, 중대사라는 이름을 갖고 있다. 이 사찰과 관련하여서는 세가지 창건 설화가 전해지고 있으며, <삼화사사직> <진주지> 등에 의하면, 신라 선덕왕 11년(642)에 지장율사가 흑연대를 창건한 것이 그 시초가 되었다고 하나 신빙성은 없다.

한편 <동국여지승람>에는 신라말 굴산사의 개창주인 범일국사가, <척주지>에는 신라 흥덕왕 4년(829)에 범일국사가 산에 들어와 불사를 지어 삼공암이라고 하였다는 기록이 있다. 이들 기록과 아울러 현존하는 유물들을 감안하면 삼화사는 대체로 신라말에 창건되었다고 볼 수 있다.

이 사찰은 본래 동쪽 약 1.3km의 반릉 부근에 있었던 것을 무릉계곡 내에 있는 현재의 위치로 이건하였다. 여러 차례 화재로 인한 소실과 중창을 거듭한 삼화사는 1905년에 삼척지방 의병들의 거점으로 이용되었으며, 1906년에 일본은 의병의 거점 파괴라는 이유를 붙여 대웅전, 선당 등 200여 칸에 이르는 건물을 모두 불태워 버렸다.
그 이듬해인 1908년 대웅전. 요사채. 칠성당 등을 다시 건립하여 유지해오다 1977년 현재의 위치로 옮겼다. 지금은 대웅전을 비롯하여 삼성각. 범종각, 육화로, 천왕문, 요사채 등의 건물로 이루어져 있으며, 주요문화재로는 삼층석탑과 철불, 목조지장보살상, 부도 및 비가 있다.